灌施后降水時間間隔對土壤水氮分布特性的影響

劉秋麗

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

我國水資源比較匱乏，可利用的淡水資源人均占有量少。而我國的農業用水就占據全國經濟總用水量的70%左右，為節約用水，亟需在農業用水中提倡節水灌溉措施。農業產量的多寡與水分和氮素息息相關。在農業生產中，水、肥利用情況直接影響著農產品的產量、品質和生產效益，并且直接或間接的影響著生態環境。灌溉施肥后短時間內若遭遇強降雨則會造成氮素的深層淋失，不僅使氮肥利用率下降，且污染地下水。降雨使土壤含水率加大,進而影響氮素在土壤中的分布[1～3]。目前對于降雨量對水氮運移的影響、徑流氮流失的研究較多且成果顯著[4～10]。灌施與降水的時間間隔對水氮運移的研究較少。為此本文研究模擬地面灌溉施肥后，不同降水時間對土壤水氮空間分布及淋溶的影響。

1 材料與方法

在室內分別進行土柱灌施肥后1 d、5 d、7 d、10 dd的模擬降水試驗。土柱的初始灌水量為1.8 L，肥液濃度為700 mg/L。以降雨后形成39 mm的降雨深度確定降水量。灌后1 d、5 d、7 d、10 d模擬降水，模擬降水量均為0.9 L。用土鉆取土，取土時間為降水后 1 d、5 d、7 d、10 d。取樣點為：先取表層 0～5 cm，以下則以10 cm為步長取樣至濕潤峰處。每個處理作3次重復，取平均值，共計12個試驗土柱。

試驗所用土為風干的均質壤土，其初始體積含水率2.6%、硝態氮含量60.5 mg/kg、銨態氮含量14 mg/kg。通過稱重夯實法實現土壤容重為1.4 g/cm3。試驗肥料采用尿素。

土柱為有機玻璃土筒裝置，其內徑為14 cm，柱高1 m。土筒底蓋密布內徑為1 mm的圓孔以便于通風。裝土前底部需放置紗網以防止土的流失。試驗以馬氏筒作為恒定供水裝置，入滲水頭為5 cm。

2 不同模擬降水時間對土壤水分運移特性的影響

圖1 土壤含水率分布曲線

圖1 表示灌后不同時間降水條件下土壤含水率的垂向分布圖。由圖1可以看出，灌后模擬降水量相同，灌溉與降水之間的時間間隔越長，土壤中含水率越小。因為時間間隔越長土壤水分蒸發量越大，水分再分布的時間越長，土壤中的分布就會越趨平緩，降水時水勢梯度就會越大，水分運移速度加快。灌溉與降水之間時間間隔的長短對含水率在土壤剖面中分布規律的影響不大。同一土層處，三種降水間隔下，0～55 cm土層范圍內的土壤含水率分布趨勢大體上都是灌溉與降水之間間隔越長土壤含水率越小。因為降水后土壤水分的再分布過程是上層土壤釋水，下層土壤吸水，經過一段時間后原先吸水的土壤開始釋水，如此反復水分不斷移向土壤下層。灌溉與降水之間的間隔越短，降水后土壤含水量越大。

3 模擬降水時間對土壤氮素分布的影響

3.1 模擬降水時間對土壤銨態氮分布及轉化的影響

圖2 土壤銨態氮分布曲線

圖2 表示降水后土壤銨態氮分布曲線。由圖2可知，灌后1 d降水，表層土壤銨態氮含量較小，在25 cm深處最大，接著又降低，銨態氮分布基本呈現先增大后減小的規律。因為灌后1 d降水，時間間隔很短，再降水時表層土壤含水率很快飽和，水分運移較快，對銨態氮的吸附力減弱，大部分銨態氮被水分帶至土壤下層，由于25 cm附近土壤水分還沒有飽和，大量銨態氮被土壤膠體吸附，運移速度變慢，未被吸附的銨態氮則以擴散的形式繼續向下運移。灌后5 d、7 d降水，土壤銨態氮分布趨勢是沿程逐漸減小。降水時間間隔為7 d降水后7 d以及降水時間間隔為5 d降水后9 d的土壤銨態氮濃度已經接近于0，這說明灌后土壤銨態氮14 d已基本轉化完。灌溉10 d降水后1 d、5 d、7 d、10 d的土壤銨態氮含量均低于土壤初始值。灌后10 d再遇降水，水分經過10 d再分布，土壤含水率減小，通透性變好，有利于銨態氮的硝化，再遇降水對銨態氮已沒有影響，因為銨態氮已轉化完。

0～25 cm土層范圍內，灌后1 d降水的土壤銨態氮濃度值低于灌后5 d、7 d降水的土壤銨態氮濃度值。因為灌后1 d降水，時間間隔很短，再降水時表層土壤含水率很快飽和，水分運移較快，對銨態氮的吸附力減弱，大部分銨態氮被水分帶至土壤下層。灌施與降水之間間隔為5 d、7 d的土柱，降水對銨態氮分布的影響不明顯，因為水分再分布時間較長，水分分布越均勻，土壤含水率變小，銨態氮被土壤顆粒吸附，降水時不宜被水分沖刷到下層，所以灌施與降水之間的間隔越長，再降水時對銨態氮分布規律的影響越弱。

3.2 模擬降水時間對土壤硝態氮分布轉化的影響

圖3 硝態氮隨時間的變化曲線

圖3 為不同降水時間下硝態氮在土壤中的分布圖。可以看出，濕潤體內硝態氮濃度值很小，且遠小于土壤硝態氮濃度初始值。因為土壤膠體與硝態氮都帶負電荷，同種電荷相斥，硝態氮易隨水走，硝態氮濃度鋒與水分濕潤鋒一致，降水后硝態氮與土壤濕潤范圍均相應加大。降水把土壤原有硝態氮淋洗向下層，硝態氮累積在濕潤前緣處。土壤濕潤鋒附近的硝態氮濃度基本上隨著時間的推移而減小。這是因為在水分的再分布過程中，銨態氮硝化作用很弱，導致硝態氮增加量微弱，而硝態氮繼續隨水分向下運移，導致濕潤鋒處的含量減小。灌后5 d降水，降水后第9 d土壤中才有硝態氮的明顯累積。降水時間間隔為7 d的土柱，降水后7 d濕潤體內硝態氮含量增大的量比較明顯。灌后10 d降水的土柱土壤硝態氮含量較高。說明灌溉與降水時間間隔越長，降水后銨態氮轉化所用的時間越短。這是因為灌施與降水之間的時間間隔較長，土壤水分的分布越平緩，土壤通氣性越強，越有利于銨態氮向硝態氮的轉化，越易造成硝態氮的淋失。

4 結論

灌溉與降水的時間間隔越長，降水后土壤的濕潤范圍越大，土壤水分分布越均勻；灌溉與降水時間間隔越短，降水后土壤含水率變化越小。灌施與降水間隔5 d、7 d的條件下，銨態氮基本轉化完所需的時間為14 d；灌溉與降水間隔10 d的條件下，灌施肥后10 d內銨態氮基本轉化完成。灌溉后1 d降水能顯著降低土壤表層的銨態氮含量，大部分銨態氮分布在10 cm～50 cm土層中，既能抑制銨態氮的快速硝化促進作物吸收，減少氨揮發，又能減少氮的淋失，提高肥料利用率。灌溉與降水的時間間隔越長銨態氮分布越均勻，降水對銨態氮的分布影響越小，土壤剖面中銨態氮含量越低。降水時間間隔越長，土壤中硝態氮濃度越大，越易造成硝態氮淋失。